RIL 261-2013 Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry Routasuojaus rakennukset ja infrarakenteet
2 RIL 261-2013 RILin julkaisuilla on oma kotisivu, joka löytyy osoitteesta www.ril.fi Kirjakauppa ko. kirjan kohdalta. Sinne on koottu tiedot julkaisun painoksista sekä mahdolliset lisäinformaatiot. Palautetta RILin julkaisuista voi antaa RILin kotisivuilta www.ril.fi kohdasta Julkaisut Muut palvelut. JULKAISIJA JA KUSTANTAJA: Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry MYYNTI: Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry Töölönkatu 4, 00100 Helsinki Puh. 0207 120 600, fax 0207 120 619, email ril@ril.fi, www.ril.fi ISBN 978-951-758-547-7 ISSN 0356-9403 Painopaikka: Tammerprint Oy, 2013 Tämän teoksen osittainenkin kopiointi ja saattaminen yleisön saataviin on tekijänoikeuslain (404/61, siihen myöhemmin tehtyine muutoksineen) mukaisesti kielletty ilman nimenomaista lupaa. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry
RIL 261-2013 3 Alkusanat Suomen olosuhteissa pakkanen ja routa ovat vuosittain toistuvia ilmiöitä, joiden kanssa on opittu elämään. Roudan ja pakkasen huomioon ottaminen talon- ja infrarakentamisen suunnittelussa ja toteutuksessa hallitaan yleensä hyvin. Alan tutkimus ja kirjallisuustuotanto on ollut kattava, joten aiheen yleinen tietämystaso on ollut riittävän korkea. Vakavat suunnittelupuutteet tai rakennusvirheet ovat olleet harvinaisia. Kuitenkin mahdollisesti muuttuvat ilmasto-olosuhteet, uudet rakentamiskäytännöt sekä uudet materiaalit aiheuttavat sen, että osa pitkään käytetyistä routasuojausohjeista on vanhentumassa. Tämä koskee etenkin talonrakentamista. Tässä julkaisussa on kattavasti käsitelty sekä talon- että infrarakentamisen routasuojausta. Tavoitteena on parantaa alan osaamista esittämällä routailmiö ja routasuojaustavat kootusti ja yhteneväisellä tavalla. Ohje on työkalu roudan vaikutusten ja routariskien hallintaan sekä routavahinkojen estämiseen. Lähtökohtana on ollut olemassa oleva ohjekirjallisuus, jonka sisältöä on hyödynnetty sekä tarvittaessa päivitetty ja tarkennettu. Ohjeisiin on lisätty uusinta tutkimustietoa. Rakentamismääräysten uudistuessa korvaantuvat viittaukset vanhoihin rakentamismääräyksiin uusia määräyksiä vastaaviksi. Ohjeiden laadinnassa on otettu huomioon rakennusten yhä vähäisempi energiankulutus. Rakennusten alapohjan lämmöneristyksen kasvattaminen lisää routasuojaustarvetta. Uudet ohjeet perustuvat mm. tietokoneohjelmalla laadittuihin passiivi- rakennusten ja nollaenergiatalojen maaperän lämpötilajakaumalaskelmiin. Tämä julkaisu korvaa julkaisun RIL 193-1992 Routavauriot ja routasuojaus. Julkaisu on laadittu Suomen Geoteknillisen Yhdistyksen (SGY) routatoimikunnan ja RILin yhteistyönä. Tärkeän asiantuntijapanoksen ovat antaneet alan yritykset, organisaatiot sekä viranomaistahot. Julkaisun laadinnasta on vastannut toimituskunta, johon kuuluivat Tuuli Kunnas (pj.), Seppo Saarelainen (päätoimittaja), Kauko Kujala, Harri Mäkelä, Harri Kivikoski, Antti Nurmikolu, Heikki Onninen, Heikki Kangas ja Gunnar Åström (RIL). Ohje on ollut lausuntokierroksella ja lausunnoista saatu kehittävä palaute on ollut erittäin tärkeä ohjeen viimeistelyssä. Työtä on ohjannut ohjausryhmä, jonka jäseniä ovat olleet Tuuli Kunnas (pj.), Asko Aalto, Kati Alakoski, Asso Erävuoma, Pekka Holopainen, Heikki Kangas, Heikki Komulainen, Tapio Kilpeläinen, Pekka Merinen, Anu Näätänen, Katja Outinen, Jarmo Pekkala, Kari Seuranen, Milko Tietäväinen, Pekka Vuola ja Gunnar Åström (RIL, siht.). Ohjeen rahoittajia olivat ympäristöministeriö, Liikennevirasto, kaupungit Helsinki, Joensuu, Jyväskylä, Pori, Tampere ja Vantaa, Infra ry, EPS-rakennustuoteteollisuus (Soklex, Solupak, Styroplast, ThermiSol ja UK-Muovi), Finnfoam Oy, Saint-Gobain Rakennustuotteet Oy ja Uusioaines Oy. Kiitämme kirjoittajia sekä ohjausryhmää, rahoittajia ja lausunnonantajia, jotka asiantuntijuudellaan ja sitoutumisellaan ovat mahdollistaneet tämän ohjeen syntymisen. Toivomme, että julkaisu nostaa routasuojauksen tietämystä rakennusalalla ja parantaa tältä osin rakentamisen laatua. Tammikuussa 2013 SUOMEN RAKENNUSINSINÖÖRIEN LIITTO RIL ry Risto Vahanen puheenjohtaja Helena Soimakallio toimitusjohtaja
4 RIL 261-2013
RIL 261-2013 5 Sisällysluettelo 1. JOHDANTO... 13 2. ILMASTO JA ROUTA... 15 2.1 Johdanto.... 15 2.2 Pakkasmäärä... 15 2.3 Vuoden keskilämpötila... 20 2.4 Lumipeitteen syvyys.... 21 2.5 Ilman ja pinnan lämpöastesumma... 21 Kirjallisuutta... 23 3. MAAN JÄÄTYMINEN, ROUTIMINEN JA SULAMINEN... 25 3.1 Johdanto.... 25 3.2 Maan lämpötekniset ominaisuudet... 26 3.2.1 Routaantumiseen vaikuttavista tekijöistä.... 26 3.2.2 Lämmönjohtavuus... 27 3.2.3 Maan jäätymis/sulamislämpö... 30 3.2.4 Tilavuuslämpökapasiteetti.... 30 3.3 Maan routaantuminen ja roudan syvyys... 32 3.3.1 Roudan syvyyteen vaikuttavat tekijät... 32 3.3.2 Roudan syvyyden likimääräinen arviointi... 27 3.3.3 Roudan syvyyden laskennallinen arviointi.... 35 3.3.4 Roudan syvyys lumettomalla tie- ja katualueella ja lumen peittämässä maastossa... 37 3.3.5 Routaantumisen numeerinen määritys elementtimenetelmällä... 40 3.4 Routivuus... 41 3.5 Routanousukertoimen SP määritys... 43 3.5.1 Routanousukertoimen määrittely... 43 3.5.2 Pohjamaan routanousukertoimen määrittäminen routanousuhavaintojen mukaan... 43 3.5.3 Routanousukertoimen määrittäminen laboratoriossa.... 47 3.6 Routanousun määritys... 48 3.6.1 Routanousun merkitys suunnittelussa ja mitoituksessa... 48 3.6.2 Likimääräinen menetelmä.... 49 3.6.3 Kerroslaskentamenetelmä... 50 3.6.4 Routanousun laskentamalli.... 50 3.7 Sulamisen ja sulamispehmenemisen arviointi... 51 3.7.1 Johdanto... 51 3.7.2 Pohjamaan sulaminen... 51 Kirjallisuutta... 53 4. ROUTAVAURIORISKIT JA SUUNNITTELUN LÄHTÖKOHDAT... 55 4.1 Johdanto.... 55 4.2 Paikallinen ilmastorasitus.... 57 4.3 Paikalliset pohjasuhteet... 57 4.4 Routanousuerot... 58 4.5 Rakentamisvaihe... 59
6 RIL 261-2013 4.6 Kuivatuspuutteiden aiheuttamat riskit... 60 Kirjallisuutta... 60 5. ROUTAERISTERAKENTEIDEN VAATIMUKSET JA ROUTAERISTEMATERIAALIT.... 61 5.1 Yleistä.... 61 5.2 Routaeristemateriaaleille asetettuja vaatimuksia.... 61 5.2.1 Ominaisuudet... 61 5.2.2 Lämmönjohtavuus.... 61 5.2.3 Kosteuden pääsy ja vaikutus eristeeseen... 63 5.2.4 Pakkasenkestävyys... 64 5.2.5 Kuormituskestävyys... 64 5.2.6 Keskoikä ja ympäristökelpoisuus... 65 5.3 Routaeristeet ja niiden ominaisuudet.... 65 5.3.1 Yleistä... 65 5.3.2 Paisutetut polystyreenisolumuovilevyt (EPS)... 66 5.3.3 Suulakepuristetut polystyreenisolumuovilevyt (XPS)... 66 5.3.4 Polyeteenisolumuovimatot ja -levyt... 67 5.3.5 Kevytsora... 67 5.3.6 Vaahtolasi... 68 5.3.7 Teollisuuden sivutuotteet... 69 5.3.8 Muut routaeristeet.... 71 5.3.9 Yhteenveto routaeristeiden suunnitteluominaisuuksista.. 71 5.4 Routa- ja lämmöneristyksen paksuus... 71 Kirjallisuutta... 73 6. RAKENNUSTEN ROUTASUOJAUS... 75 6.1 Johdanto.... 75 6.2 Mitoitusilmasto... 75 6.3 Routasuojauksen suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 76 6.4 Roudaton perustussyvyys... 78 6.4.1 Lämpimät ja puolilämpimät rakennukset... 78 6.4.2 Kylmät rakennukset... 80 6.5 Routasuojauksen suunnitteluun ja mitoitukseen vaikuttavat tekijät 80 6.5.1 Pohjasuhteet... 80 6.5.2 Ilmasto... 80 6.5.3 Rakennus ja perustuksen rakenne... 80 6.5.4 Alapohja... 81 6.5.5 Perusmuuri... 82 6.5.6 Ryömintätilan tuuletus ja korkeus.... 82 6.6 Lämpimien rakennusten routasuojauksen suunnittelu ja mitoitus. 83 6.6.1 Mitoituksen kulku... 83 6.6.2 Alapohjan rakenne ja lämmönvastus... 84 6.6.3 Perusmuurin rakenne ja lämmönvastus... 88 6.6.4 Ryömintätilan tuuletus ja routasuojaustarve.... 90 6.6.5 Routasuojauksen leveys.... 92 6.6.6 Rakennuksen ulkonurkat... 93 6.6.7 Maanvastainen alapohjarakenne, alapohjan lämmönvastus R A 10,0 m 2 K/W... 94
RIL 261-2013 7 6.6.8 Maanvastainen alapohjarakenne, lämmönvastus 10-14 m 2 K/W... 95 6.6.9 Ryömintätilainen alapohjarakenne, alapohjan lämmönvastus R A 6,25 m 2 K/W... 96 6.6.10 Ryömintätilainen alapohjarakenne, lämmönvastus > 6,25 < 10,0 m 2 K/W... 97 6.6.11 Puolilämpimät rakennukset/rakennusosat... 97 6.6.12 Rakennuksen kylmät osat.... 98 6.6.13 Siirtymäkiila rakennuksen vierustalla... 98 6.7 Kylmien rakennusten ja rakenteiden routasuojauksen mitoitus... 99 6.8 Kuivatusrakenteiden routasuojaus.... 99 6.8.1 Määräykset ja ohjeet.... 99 6.8.2 Salaojan sijoitus... 99 6.8.3 Salaojituskerros...100 6.8.4 Kaivojen sijoitus ja routasuojaus....101 6.8.5 Salaojituksen ja routasuojauksen sisältävän rakenteen materiaalit ja kerrospaksuudet...103 6.8.6 Salaojitusjärjestelmän toimivuuden varmistaminen...105 6.9 Mitoitusesimerkki...105 6.10 Routasuojauksen rakentaminen...110 6.11 Esimerkkejä (väärät, oikeat)... 111 Kirjallisuutta...115 7. KYLMIEN RAKENTEIDEN ROUTASUOJAUS...117 7.1 Johdanto....117 7.2 Mitoitusilmasto...117 7.3 Roudaton perustussyvyys...118 7.4 Kylmien rakenteiden routasuojauksen mitoitus...119 7.5 Esimerkkejä (väärät, oikeat)... 123 Kirjallisuutta...126 8. PIHOJEN JA PIHATEIDEN ROUTASUOJAUS...127 8.1 Johdanto....127 8.2 Mitoitusilmasto...127 8.3 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 127 8.3.1 Pohjamaan routanousuominaisuudet...127 8.3.2 Routavaurioriski ja sallittu routanousu...128 8.3.3 Routasuojaustavat...128 8.4 Routasuojauksen mitoitus kivennäismaarakennetta käytettäessä 129 8.5 Routasuojauksen mitoitus routaeristettyä rakennetta käytettäessä...132 8.6 Routimattoman piharakenteen paksuuden määritys...135 8.7 Esimerkkejä (väärät, oikeat)... 136 Kirjallisuutta...139 9. VESI- JA VIEMÄRIJOHTOJEN ROUTASUOJAUS JA LÄMMÖNERISTÄMINEN...141 9.1 Johdanto....141 9.2 Mitoitusilmasto...142 9.3 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 143
8 RIL 261-2013 9.3.1 Suunnittelukriteerit...143 9.3.2 Pohjamaan vaikutus routasuojaustapaan....144 9.3.3 Lisälämpö...144 9.3.4 Käyttökeskeytykset...145 9.3.5 Lämmöneristys...145 9.4 Lämmöneristys- ja routasuojaustavan suunnittelu ja mitoitus... 146 9.4.1 Rakenteet ja mitoitus...146 9.4.2 Asennussyvyyden määrittäminen...147 9.4.3 Matalalämpötilaiset vesi- ja viemärijohdot... 148 9.4.4 Lämpöä luovuttavat vesi- ja viemärijohdot tai kaapelilämmitys...149 9.4.5 Lämmöneristyksen vaatimukset ja periaatteet kalliokaivannossa...151 9.5 Rakentaminen...157 9.5.1 Lämmöneristeiden asentaminen....157 9.5.2 Käytännön rakentamisohjeita ja erityiskysymyksiä....158 9.6 Esimerkkejä...161 9.6.1 Vesi- ja viemärijohtojen lämmöneristämisen vaikutus routanousueroihin...161 9.6.2 Kunnallistekniikan vesijohtojen sulanapitojärjestelmä...161 Kirjallisuutta...161 10. KATUJEN ROUTASUOJAUS...163 10.1 Johdanto....163 10.2 Mitoitusilmasto...163 10.3 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 163 10.4 Kivennäismaarakenne...164 10.4.1 Pohjamaan routanousuominaisuuksien määritys...164 10.4.2 Routamitoitus...165 10.4.3 Maalaatikkorakenne...167 10.5 Routaeristetty rakenne...167 10.5.1 Routaeristyksen suunnittelu...167 10.5.2 Routaeristeen kuivatus...168 10.5.3 Kantavuusmitoitus....170 10.6 Erityisvaatimukset ja yleiset asennusohjeet....171 10.6.1 Katurakenteen kuivatus...171 10.6.2 Rakenteen jäykistäminen...171 10.6.3 Pohjamaan homogenisointi...171 10.6.4 Siirtymärakenteet...172 Kirjallisuutta...172 11. TEIDEN ROUTASUOJAUS...173 11.1 Johdanto....173 11.2 Mitoitusilmasto...175 11.3 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 176 11.3.1 Routamitoitus osana tierakenteen mitoitusta...176 11.3.2 Routanousun laskentatapa...177 11.3.3 Suurin sallittu laskennallinen routanousu...178 11.4 Materiaalit ja rakenteet....179 11.4.1 Pohjamaan routanousuominaisuuksien määritys...179
RIL 261-2013 9 11.4.2 Pohjamaan routaturpoaman kohdekohtainen määritys... 180 11.4.3 Alusrakenteen arviointi ja luokittelu...181 11.5 Routasuojaustavan valinta...186 11.5.1 Routasuojaus routimattomasta kivennäismaasta....186 11.5.2 Routaeristetty rakenne...186 11.5.3 Kevyenliikenteentien routamitoitusvaihtoehtoja...186 11.6 Erityisvaatimukset ja yleiset asennusohjeet....187 11.6.1 Tierakenteen kuivatus....187 11.6.2 Rakenteen jäykistäminen...187 11.6.3 Pohjamaan käsittely ja tasalaatuistaminen....188 11.6.4 Siirtymäkiilat ja -rakenteet....189 11.6.5 Siirtymäkiilan pohjan kaltevuus ja kiilan pituus....190 11.6.6 Siirtymäkiilojen kuivatus...190 11.6.7 Pituussuuntaisten siirtymäkiilojen paikat ja tarve...191 11.6.8 Poikkisuuntaisten siirtymäkiilojen paikat ja tarve...196 11.7 Esimerkkejä (väärät, oikeat)... 198 Kirjallisuutta...198 12. RAUTATEIDEN ROUTASUOJAUS...199 12.1 Johdanto....199 12.2 Mitoitusilmasto...199 12.3 Rakennekerrosmateriaalien routimattomuus...200 12.4 Routimattoman rakennekerrospaksuuden mitoitus...200 12.4.1 Routasuojaustavan valinta ja routaerisemateriaalit...200 12.4.2 Routasuojaus kivennäismaasta...201 12.4.3 Routasuojaus routaeristelevyä hyödyntäen...201 12.5 Erityishuomioita olemassa olevien ratojen routasuojauksesta... 205 12.5.1 Olemassa olevien ratojen routasuojaus...205 12.5.2 Routaongelmien syitä...205 12.5.3 Tietoaineistojen yhteistarkastelu routasuojaussuunnittelussa...205 12.5.4 Routakorjausten elinkaaritaloudellisuus...206 Kirjallisuutta...207 13. LIIKENNETUNNELEIDEN LÄMMÖNERISTYS...209 13.1 Johdanto....209 13.2 Mitoitusilmasto...209 13.3 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 209 13.4 Lämmöneristerakenteiden mitoitus...212 13.4.1 Liikennetunnelin seinä- ja holvirakenteen lämmöneristys. 212 13.4.2 Liikennetunnelin pohjan kuivatusrakenteen lämmöneristys....212 13.4.3 Yksittäisen salaojan lämmöneristys...214 13.4.4 Lämmöneristeen paksuuden määrittäminen...214 13.5 Liikennetunneleiden lämmöneristerakenteet...215 13.6 Esimerkkejä (väärät, oikeat)... 216 Kirjallisuutta...216 14. SILTOJEN ROUTASUOJAUS...217 14.1 Johdanto....217
10 RIL 261-2013 14.2 Mitoitusilmasto...217 14.3 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 217 14.4 Routasuojauksen suunnittelu....218 14.4.1 Routasuojaustavan valinta...218 14.4.2 Roudaton perustamissyvyys....219 14.4.3 Siltaperustuksen routaeristeen mitoitus...220 14.4.4 Routaeristemateriaalien ominaisuudet ja mitoitusarvot... 221 14.4.5 Routaeristetyn perustuksen kuivatus sekä routaeristettä suojaavat rakenteet...221 Kirjallisuutta...222 15. ERIKOISRAKENTEIDEN ROUTASUOJAUS....223 15.1 Johdanto....223 15.2 Tekojääradan routasuojaus...223 15.2.1 Yleistä...223 15.2.2 Pohjasuhteet...223 15.2.3 Avojääradan routasuojaus...224 15.2.4 Jäähallit....225 15.2.5 Jääradan rakenne ja mitoitus...226 15.2.6 Vastalämmityksen suunnittelu...227 15.2.7 Routaeristeen mitoitusominaisuudet...228 15.3 Jäähdytetty latu...229 15.3.1 Toiminnalliset vaatimukset...229 15.3.2 Radan rakenne...229 15.3.3 Radan routasuojaus...230 15.3.4 Radan kuivatus...231 15.3.5 Eristeen suojaus kuormituksia vastaan...232 15.4 Pakkasvaraston routasuojaus...232 15.4.1 Yleistä...232 15.4.2 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 232 15.5 Padon routasuojaus...233 15.5.1 Yleistä...233 15.5.2 Patojen suunnittelukriteerit...233 15.5.3 Padon routaantuminen ja routiminen...233 15.5.4 Maapadon routasuojaus...234 15.5.5 Betonipadon routasuojaus...236 15.5.6 Muut vesieristysrakenteet...236 15.6 Kaatopaikkojen routasuojaus....236 15.6.1 Yleistä...236 15.6.2 Suunnittelu ja mitoitus....238 15.7 Satamarakenteiden routasuojaus...238 15.7.1 Yleistä...238 15.7.2 Rakenteiden suunnittelun periaatteet...238 15.8 Pallo- ym. kenttien routasuojaus... 239 15.8.1 Yleistä...239 15.8.2 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 239 15.8.3 Erityisnäkökohtia....239 15.9 Katulämmitys...240 15.9.1 Yleistä...240 15.9.2 Suunnittelu- ja mitoitusperiaate... 241 15.9.3 Erityisnäkökohtia....241
RIL 261-2013 11 Kirjallisuutta...241 16. TYÖNAIKAINEN ROUTASUOJAUS...243 16.1 Johdanto....243 16.2 Mitoitusilmasto...243 16.3 Suunnittelu- ja mitotusperiaate... 244 16.4 Työmaatoiminta talvella...244 16.5 Suojattavat kohteet....246 16.6 Maan pitäminen sulana lämmöneristämällä...247 16.7 Lämmitysmenetelmät...249 16.8 Routasuojausten ja lämmityksen mitoitus...250 16.9 Työnaikaisen routasuojauksen rakentaminen ja tarkkailu...253 Kirjallisuutta... Liite 1. Merkinnät ja määritelmät....254 Ilmoittajat Ilmoitukset julkaisun lopussa. Finnfoam Oy Geobitti Oy M-Plast Oy Rudus Oy Sito Oy Solupak Oy Teknologian tutkimuskeskus VTT Thermisol Oy UK-Muovi Oy WPS Finland Oy
12 RIL 261-2013